全 文 ：川中丘陵区土地利用方式对土壤理化性质
影响的灰色关联分析
唐柄哲　 何丙辉∗　 闫建梅
（西南大学资源环境学院三峡库区生态环境教育部重点实验室， 重庆 ４００７１５）
摘　 要　 以川中丘陵区小流域为研究对象，研究了坡耕地、坡改梯、甜橙林和水保林 ４ 种土地
利用方式以及裸地（对照）对 ０～１０和 １０～２０ ｃｍ 土壤容重、土壤孔隙度及土壤养分含量的影
响．结果表明： 同一土地利用方式下，毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度、有机质、全氮、全
磷、碱解氮、有效磷、速效钾随土层加深而减小，而土壤容重则相反，全钾层间差异不大．相同
土层甜橙林毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度、全磷、有效磷含量最大，容重最小，水保林
全氮、碱解氮含量最高，水保林 ０～１０ ｃｍ土层的有机质含量最高，甜橙林 １０～２０ ｃｍ土层的有
机质含量最高．０～１０ ｃｍ土层，灰色关联度从大到小依次为水保林（０．９４４１）、甜橙林（０．８８５８）、
梯平地（０．６３００）、裸地（０．５３９７）、缓坡耕地（０．４７１４）；１０～２０ ｃｍ土层，灰色关联度依次为水保
林（０．８９１９）、甜橙林（０．８４０１）、梯平地（０．５７７３）、裸地（０．５３０１）、缓坡耕地（０．５１７５） ．水保林改
善土壤理化性质作用最佳，缓坡耕地改良效果最差．
关键词　 川中丘陵区； 土地利用方式； 土壤理化性质； 层次分析法； 灰色关联分析
本文由国家科技支撑计划项目（２０１１ＢＡＤ３１Ｂ０３）、国家自然科学基金项目（４２１７１２９１）和农业部公益性科研项目（２０１００３０１４⁃６⁃３）资助 Ｔｈｉｓ ｗｏｒｋ
ｗａｓ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒ＆Ｄ Ｐｒｏｇｒａｍ （２０１１ＢＡＤ３１Ｂ０３）， ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ （４２１７１２９１） ａｎｄ ｔｈｅ
Ｓｐｅｃｉａｌ Ｆｕｎｄ ｆｏｒ Ａｇｒｏ⁃ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ ｔｈｅ Ｐｕｂｌｉｃ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ （２０１００３０１４⁃６⁃３） ．
２０１５⁃０９⁃０６ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ， ２０１６⁃０２⁃２３ Ａｃｃｅｐｔｅｄ．
∗通讯作者 Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｈｅｂｉｎｇｈｕｉ＠ ｓｗｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
Ｇｒａｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｔｙｐｅ ｏｎ ｓｏｉｌ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒ⁃
ｔｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｈｉｌｌｙ ａｒｅａ ｏｆ ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｉｃｈｕａｎ， Ｃｈｉｎａ． ＴＡＮＧ Ｂｉｎｇ⁃ｚｈｅ， ＨＥ Ｂｉｎｇ⁃ｈｕｉ∗， ＹＡＮ Ｊｉａｎ⁃ｍｅｉ
（Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｃｏ⁃ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ Ｒｅｇｉｏｎ， Ｃｏｌｌｅｇｅ
ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４００７１５， Ｃｈｉｎａ） ．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｃａｓｅ ｓｔｕｄｙ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｉｎ ａ ｓｍａｌｌ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ ｏｆ Ｓｉｃｈｕａｎ ｈｉｌｌｙ ｂａｓｉｎ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｖａ⁃
ｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｔｙｐｅ ｏｎ ｓｏｉｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ， ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ
ｔｈｅ ０－１０ ａｎｄ １０－２０ ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｂａｒｅ ｌａｎｄ ａｎｄ ｆｏｕｒ
ｌａｎｄ ｕｓｅ ｔｙｐｅｓ ｉ．ｅ．， ｓｌｏｐｅ ｃｒｏｐｌａｎｄ， ｌｅｖｅｌｅｄ ｃｒｏｐｌａｎｄ， ｏｒａｎｇｅ ｆｏｒｅｓｔ ａｎｄ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｆｏｒｅｓｔ． Ｔｈｅ ｒｅ⁃
ｓｕｌｔｓ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｈａｔ ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｐｏｒｏｓｉｔｙ， ｎｏｎ⁃ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｐｏｒｏｓｉｔｙ， ｔｏｔａｌ ｐｏｒｏｓｉｔｙ， ａｎｄ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｏｒ⁃
ｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ， ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ， ｔｏｔａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ， ａｌｋａｌｉ⁃ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｎｉｔｒｏｇｅｎ， ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ａｎｄ
ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｔｙｐｅ ｉｎ ｔｈｅ ０－１０ ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ｗｅｒｅ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｉｎ
ｔｈｅ １０－２０ ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ ｗａｓ ｔｈｅ ｏｐｐｏｓｉｔｅ． Ｍｏｒｅｏｖｅｒ， ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｎｏ ｓｉｇ⁃
ｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｔｏｔａｌ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒｓ． Ｔｈｅ ｏｒａｎｇｅ ｆｏｒｅｓｔ ｈａｄ ｔｈｅ ｌａｒｇｅｓｔ
ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｐｏｒｏｓｉｔｙ， ｎｏｎ⁃ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｐｏｒｏｓｉｔｙ， ｔｏｔａｌ ｐｏｒｏｓｉｔｙ， ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ，
ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｍａｌｌｅｓｔ ｓｏｉｌ ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｏｉｌ
ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｓｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｆｏｒｅｓｔ ｉｎ ｔｈｅ ０－１０ ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ｈｉｇｈｅｓｔ ｕｎｄｅｒ
ｔｈｅ ｏｒａｎｇｅ ｆｏｒｅｓｔ ｉｎ ｔｈｅ １０－２０ ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ． Ｔｈｅ ｏｒｄｅｒ ｏｆ ｇｒｅｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｆｏｒｅｓｔ
（０．９４４１）＞ ｏｒａｎｇｅ ｆｏｒｅｓｔ （０．８８５８）＞ ｌｅｖｅｌｅｄ ｃｒｏｐｌａｎｄ （０．６３００）＞ ｂａｒｅ ｌａｎｄ （０．５３９７）＞ ｓｌｏｐｅ ｃｒｏｐ⁃
ｌａｎｄ （０． ４７１４） ｆｏｒ ｔｈｅ ０ － １０ ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ， ａｎｄ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｆｏｒｅｓｔ （ ０． ８９１９） ＞ ｏｒａｎｇｅ ｆｏｒｅｓｔ
（０．８４０１）＞ ｌｅｖｅｌｅｄ ｃｒｏｐｌａｎｄ （０．５７７３） ＞ ｂａｒｅ ｌａｎｄ （０．５３０１） ＞ ｓｌｏｐｅ ｃｒｏｐｌａｎｄ （０．５１７５） ｆｏｒ ｔｈｅ
１０－２０ ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ． Ｉｎ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ， ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｆｏｒｅｓｔ ｗａｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｔｙｐｅ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｏｉｌ ｐｈｙｓｉｃａｌ
ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ， ａｎｄ ｓｌｏｐｅ ｃｒｏｐｌａｎｄ ｗａｓ ｔｈｅ ｗｏｒｓｔ ｔｙｐｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｉｃｈｕａｎ ｈｉｌｌｙ ａｒｅａ； ｌａｎｄ ｕｓｅ ｔｙｐｅ； ｓｏｉｌ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ； ａｎａｌｙ⁃
ｔｉｃ ｈｉｅｒａｒｃｈｙ ｐｒｏｃｅｓｓ； ｇｒｅｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ．
应 用 生 态 学 报　 ２０１６年 ５月　 第 ２７卷　 第 ５期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｃｊａｅ．ｎｅｔ
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｍａｙ ２０１６， ２７（５）： １４４５－１４５２　 　 　 　 　 　 　 　 　 ＤＯＩ： １０．１３２８７ ／ ｊ．１００１－９３３２．２０１６０５．０１９
　 　 川中丘陵区地形比较复杂，土壤主要为中生代
紫色砂（页）岩风化而成的紫色土，土壤中沙和碎石
含量较高，质地松脆，极易遭受侵蚀和风化，抗蚀性
极差，全区植被较少，森林覆盖率极低，丘坡较陡，因
此当雨季雨水较多时，水土流失常有发生，是长江上
游泥沙的重要来源［１］ ．在小流域尺度，不同土地利用
方式对土壤理化性质产生显著影响［２－３］ ．不同土地利
用方式下，土壤的物理和化学性质有所不同．关于土
地利用方式对土壤理化性质的影响，国内学者在南
方红壤区、黄土高原区、干热河谷区等水土流失严重
地区进行了大量研究，结果表明，土地利用方式对土
壤理化性质具有重要影响［４－８］，但目前对于川中丘
陵山区的相关研究较少．在以往的研究中，对各影响
因素的灰色关联分析常采用等权重处理，而实际应
用中各影响因素的权重是不同的，许多学者忽视了
这一点［９－１２］ ．为此，本研究将层次分析法与灰色关联
分析结合，增加各影响因素权重的分析，并选取四川
省遂宁市船山区桂花镇南垭小流域为研究对象，分
析了川中丘陵区小流域不同土地利用类型对土壤理
化性质的影响，评价流域不同土地利用方式对土壤
的改良效果，进而选择川中丘陵区改良土壤效果最
佳的土地利用类型，为后期研究及土地变更利用提
供理论支撑．
１　 研究地区与研究方法
１􀆰 １　 研究区概况
研究区设在四川省遂宁市船山区桂花镇南垭小
流域内 （ ３０° ３３′ １１″—３０° ３４′ １４″ Ｎ， １０５° ２６′ ５４″—
１０５°２６′５４″ Ｅ），地貌形态以中浅丘为主．研究区属中
亚热带湿润气候，多年平均日照时数为 １３３３．４ ｈ，多
年平均无霜期 ２９６ ｄ，多年平均气温 １７．４ ℃，≥１０ ℃
积温 ５６２７．１ ℃ ．域内年降水量在 ７３６．７～１４４３．３ ｍｍ，
多年平均降水量 ９３３． ３ ｍｍ，暴雨多集中在 ５—１０
月，暴雨量达 ８０４．５ ｍｍ，占年降雨量的 ８１．０％．土壤
类型为水稻土和紫泥土，其中，水稻土包括紫色水稻
土、黄壤水稻土及冲积水稻土．该流域属四川盆地中
部丘陵亚热带常绿阔叶林区，乔木以柏树（Ｃｕｐｒｅｓｓｕｓ
ｆｕｎｅｂｒｉｓ）、香樟（Ｃｉｎｎａｍｏｍｕｍ ｃａｍｐｈｏｒａ）为主，还有
部分梧桐 （Ｆｉｒｍｉａｎａ ｐｌａｔａｎｉｆｏｌｉａ）、桤木 （ Ａｌｕｎｓ Ｃｒｅ⁃
ｍａｓｔｏｇｙｎｅ），灌木主要有马桑（Ｃｏｒｉａｒｉａ ｎｅｐａｌｅｎｓｉｓ）、
黄荆 （ Ｖｉｔｅｘ ｎｅｇｕｎｄｏ） 等，草本植物主要为芭茅
（Ｍｉｓｃａｎｔｈｕｓ ｆｌｏｒｉｄｕｌｕｓ）、钱线草（Ａｄｉａｎｔｕｍ ｃａｐｉｌｌｕｓｖｅ⁃
ｎｅｒｉｓ）、野棉花（Ａｎｅｍｏｎｅ ｖｉｔｉｆｏｌｉａ）等，人工栽培种植
物主要有水稻、玉米、红苕、花生、小麦、油菜、海椒和
豆类作物．
１􀆰 ２　 试验设计及样品采集
选取 ４种具有当地代表性的土地利用方式———
水保林、甜橙林、坡改梯和坡耕地，另选一处裸地为
对照．甜橙林施肥量为：Ｎ １８０ ～ ２２５ ｍｇ·ｋｇ－１（尿
素）；Ｐ ２Ｏ５ ９０ ～ １０５ ｍｇ·ｋｇ
－１（过磷酸钙）；Ｋ２ Ｏ ７５
ｍｇ·ｋｇ－１（硫酸钾）．缓坡耕地及梯平地施肥量为：Ｎ
１７０～２２０ ｍｇ·ｋｇ－１（尿素）；Ｐ ２Ｏ５ １００ ～ １２０ ｍｇ·ｋｇ
－１
（过磷酸钙）；Ｋ２Ｏ ５０ ～ ７０ ｍｇ·ｋｇ
－１（硫酸钾）．甜橙
林于 ２０１３年 ３月、６月及 １１ 月施肥，缓坡耕地及梯
平地于 ３月、１１月施肥；水保林及裸地无肥料投入．
每种土地利用方式选取 ３ 个样地，每个样地面积
１０ ｍ×５ ｍ，土壤类型均为遂宁组红棕紫泥，试验样
地基本情况见表 １．
２０１４年 ３月初在标准样地进行采样，每个小区
选取 ３个样点，分别用体积为 １００ ｃｍ３环刀对 ０ ～ １０
及 １０～２０ ｃｍ土层采样，用来测定土壤孔隙、土壤容
重、土壤含水率，同时按“Ｓ”型选取 ５ 点采集土样，
然后取 １ ｋｇ 混合土样，去除植物根系和石块，带回
实验室测定土壤养分．
１􀆰 ３　 样品测定与数据分析
采用环刀法测定土壤容重、毛管孔隙度，总孔隙
度通过土壤容重和土壤比重计算得到，非毛管孔隙
度为总孔隙度与毛管孔隙度的差值．将所有混合土
表 １　 小流域不同土地利用方式样地基本情况
Ｔａｂｌｅ １　 Ｂａｓｉｃ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｍａｌｌ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ
土地利用方式
Ｌａｎｄ ｕｓｅ ｔｙｐｅ
海拔
Ａｌｔｉｔｕｄｅ
（ｍ）
坡度
Ｓｌｏｐｅ
（°）
坡向
Ｅｘｐｏｓｕｒｅ
主要植被
Ｍａｉｎ
ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ
胸径
ＤＢＨ
（ｃｍ）
树高
Ｐｌａｎｔ ｈｅｉｇｈｔ
（ｍ）
密度
Ｄｅｎｓｉｔｙ
（ｐｌａｎｔｓ·
ｈｍ－２）
植被覆盖率
Ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ
ｃｏｖｅｒａｇｅ
（％）
裸地 Ｂａｒｅ ｌａｎｄ ２７３．９ １０ ＮＥ４２° 少量杂草 － － － －
梯平地 Ｌｅｖｅｌｅｄ ｃｒｏｐｌａｎｄ ２９０．９ ＜５ ＷＳ３０° 油菜 － － － －
缓坡耕地 Ｓｌｏｐｅ ｃｒｏｐｌａｎｄ ２９４．７ １０ ＷＳ３５° 油菜 － － － －
甜橙林 Ｏｒａｎｇｅ ｆｏｒｅｓｔ ２７０．９ １０ ＮＷ３３° 甜橙树 ６．８ ３．５ ７５０ ７０
水保林 Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｆｏｒｅｓｔ ２７５．６ １０ ＮＷ３０° 川柏、香樟 １０．５ ６．２ ９００ ６０
６４４１ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２７卷
样带回实验室风干过 １和 ０．２５ ｍｍ筛后测定土壤基
本化学性质．土壤有机质采用重铬酸钾法⁃外加热法
测定；土壤全氮采用半微量凯氏定氮法测定；土壤全
磷采用酸溶⁃钼锑抗比色法测定；土壤全钾采用
ＮａＯＨ熔融⁃火焰光度法测定；土壤有效氮采用碱解
扩散法测定；土壤有效磷采用 ０．５ ｍｏｌ·Ｌ－１碳酸氢
钠浸提⁃钼锑抗比色测定；土壤速效钾采用 ＮＨ４ＯＡｃ
浸提火焰光度法测定［１３－１５］ ．
１􀆰 ４　 数据处理
采用 Ｅｘｃｅｌ ２０１０ 和 ＳＰＳＳ １９．０ 软件对数据进行
统计分析（α＝ ０．０５）．
运用层次分析法（ＡＨＰ） ［１６］，并与当地土壤具体
情况结合，计算评价因子的权重 ω，具体步骤如下：
１）构建判断矩阵．同一层次 ｎ 个指标的重要程
度由若干位专家完成．重要性等级一般选取 １、３、５、
７、９等 ５个等级标度，其中，标度 １ 表示两因素具有
同等重要性；标度 ３ 表示前者比后者稍微重要； 标
度 ５表示前者比后者明显重要；标度 ７ 表示前者比
后者强烈重要；标度 ９表示前者较后者极端重要．２、
４、６、８表示上述两相邻判断的中值．若因素 ｉ 与 ｊ 比
较的判断为 ａｉｊ，则因素 ｊ 与 ｉ 比较的判断 ａ ｊｉ ＝ １ ／ ａｉｊ ．
各判断 ａｉｊ组成 ｎ阶判断矩阵 Ａ．
２）权重计算．将判断矩阵 Ａ 的各行向量进行几
何平均，然后归一化，得到的行向量就是权重向量．
设 Ａ的最大特征根为 λｍａｘ，其相应的特征向量为 Ｗ，
则有 ＡＷ＝λｍａｘＷ．ＡＨＰ 法计算的过程如下：
首先，计算判断矩阵每一行元素的乘积，公式如
下：
Ｍｉ ＝∏
ｎ
ｊ ＝ １
ａｉｊ 　 （ ｉ ＝ １，２，…，ｎ）
然后，计算 Ｍｉ的 ｎ 次方根 􀭺Ｗｉ ．并对向量 ω ＝
［􀭺Ｗ１，􀭺Ｗ２，…，􀭺Ｗｎ］ Ｔ归一化，得到权重 ωｉ：
ωｉ ＝ 􀭺Ｗｉ ／∑
ｎ
ｉ ＝ １
􀭺Ｗｉ
最后，计算最大特征根向量，公式如下：
λｍａｘ ＝
１
ｎ∑
ｎ
ｉ ＝ １
（ＡＷ） ｉ
ωｉ
３）一致性检验．为了检验判断矩阵是否具有满
意的一致性，对矩阵 Ａ 做一致性检查，公式为：ＣＩ ＝
（λｍａｘ－ｎ） ／ （ｎ－１）．式中：ＣＩ 为一致性指标；λｍａｘ为最
大特征根值； ｎ 为矩阵的阶数．将一致性比率 ＣＲ
（ＣＩ ／ ＲＩ，ＲＩ为平均一致性指标，表 ２）与 ０．１ 进行比
较可知，若 ＣＲ＜０．１，则矩阵 Ａ通过一致性检验．
表 ２　 平均随机一致性指标
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｏｆ ｒａｎｄｏｍｉｃｉｔｙ （ＲＩ）
ｎ 　 ＲＩ
１ ０
２ ０
３ ０．５８
４ ０．９０
５ １．１２
６ １．２４
７ １．３２
８ １．４１
９ １．４５
１０ １．４９
１１ １．５１
１２ １．５４
１３ １．５６
１４ １．５８
１５ １．５９
　 　 运用灰色系统理论的原理与方法［１７－１８］，对不同
模式土壤理化性质进行灰色关联分析及关联排序．
设比较数列为 Ａ（ ｉ，ｊ）（ ｉ ＝ １，２，…，５），表示第 ｉ 种土
地利用方式下土壤理化指标中的第 ｊ 个指标；
Ａ（０，ｊ）是由各理化性质指标中最大值所组成的理想
数列．采用直线型标准化法进行无量纲化处理：
Ａ（ ｉ，ｊ） ／ Ａ（０，ｊ）．
关联系数的计算公式如下：
ｒ（ ｉ，ｊ）＝
ｍｉｎｉｍｉｎｊ ｜Ａ（０，ｊ）－Ａ（ ｉ，ｊ） ｜ ＋ξ×ｍａｘｉｍａｘ ｊ ｜Ａ（０，ｊ）－Ａ（ ｉ，ｊ） ｜
｜Ａ（０，ｊ）－Ａ（ ｉ，ｊ） ｜ ＋ξ×ｍａｘｉｍａｘ ｊ ｜Ａ（０，ｊ）－Ａ（ ｉ，ｊ） ｜
关联度的计算公式如下：
ｒ（ ｉ，ｊ） ＝∑
Ｎ
ｊ ＝ １
ｒ（ ｉ，ｊ）ωｉｊ
式中：ξ为分辨系数，取值为 ０．５；Ｎ ＝ １０；ωｉｊ为第 ｉ 种
土地利用方式下土壤理化指标中第 ｊ个指标的权重．
２　 结果与分析
２􀆰 １　 小流域不同土地利用方式对土壤容重及孔隙
度的影响
土壤容重作为评价土壤物理状况指标之一，在
一定程度上反映了土壤肥力的好坏，其大小与土壤
质地、孔隙结构、有机质含量及土壤紧实度等密切相
关，在一定程度上可反映土壤的孔隙状况和贮水能
力［１９］ ．由表 ３ 可知，研究区不同土地利用方式下的
土壤容重均随土层深度的增加而增大，裸地、梯平
地、缓坡耕地、甜橙林、水保林的增幅分别为 ８．７％、
１．２％、６．５％、３．７％、２．６％．在 ０ ～ １０ ｃｍ 土层中，梯平
地的土壤容重最大，比最小的甜橙林大１３．７％；在
７４４１５期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 唐柄哲等： 川中丘陵区土地利用方式对土壤理化性质影响的灰色关联分析　 　 　 　
表 ３　 不同土地利用方式下不同土层的土壤容重和孔隙度
Ｔａｂｌｅ ３　 Ｓｏｉｌ ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｔｙｐｅｓ （ｍｅａｎ±ＳＤ）
土地利用方式
Ｌａｎｄ ｕｓｅ ｔｙｐｅ
土层
Ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ
（ｃｍ）
容重
Ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ
（ｇ·ｃｍ－３）
毛管孔隙度
Ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｐｏｒｏｓｉｔｙ
（％）
非毛管孔隙度
Ｎｏｎ⁃ｃａｐｉｌｌａｒｙ
ｐｏｒｏｓｉｔｙ （％）
总孔隙度
Ｔｏｔａｌ ｐｏｒｏｓｉｔｙ
（％）
裸地 Ｂａｒｅ ｌａｎｄ ０～１０ １．４±０．０ａＡ ３９．６±０．５ｄＡ ５．４±０．４ｃＡ ４５．１±０．３ｄＡ
梯平地 Ｌｅｖｅｌｅｄ ｃｒｏｐｌａｎｄ １．５±０．０ａＡ ４３．０±１．３ｃＡ ６．２±０．１ｂＡ ４９．３±１．３ｃＡ
缓坡耕地 Ｓｌｏｐｅ ｃｒｏｐｌａｎｄ １．４±０．０ａＡ ４０．４±１．２ｃｄＡ ４．３±０．３ｄＡ ４４．７±１．１ｄＡ
甜橙林 Ｏｒａｎｇｅ ｆｏｒｅｓｔ １．３±０．０ｂＡ ５３．７±３．１ａＡ ６．９±０．５ａＡ ６０．６±２．８ａＡ
水保林 Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｆｏｒｅｓｔ １．４±０．０ａＢ ４９．８±１．５ｂＡ ５．８±０．３ｂｃＡ ５５．６±１．８ｂＡ
裸地 Ｂａｒｅ ｌａｎｄ １０～２０ １．６±０．０ａＡ ３６．８±０．７ｃＡ ４．５±０．３ｃＢ ４１．３±１．１ｄＢ
梯平地 Ｌｅｖｅｌｅｄ ｃｒｏｐｌａｎｄ １．５±０．０ｂＡ ４１．８±１．１ｂＡ ４．７±０．２ｂｃＡ ４６．５±０．９ｃＡ
缓坡耕地 Ｓｌｏｐｅ ｃｒｏｐｌａｎｄ １．５±０．０ａｂＡ ３８．２±１．８ｃＢ ３．８±０．３ｄＡ ４２．０±１．７ｄＢ
甜橙林 Ｏｒａｎｇｅ ｆｏｒｅｓｔ １．３±０．０ｃＡ ４７．５±０．９ａＢ ６．４±０．４ａＢ ５３．９±１．２ａＢ
水保林 Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｆｏｒｅｓｔ １．５±０．０ｂＡ ４５．７±０．７ａＢ ５．２±０．１ｂＢ ５０．９±０．７ｂＢ
不同小写字母表示相同土层不同土地利用方式间差异显著，不同大写字母表示相同土地利用方式下不同土层间差异显著（Ｐ＜０．０５） Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｓｍａｌｌ ｌｅｔｔｅｒｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｍｏｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｔｙｐｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ， ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃａｐｉｔａｌ ｌｅｔｔｅｒｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅ⁃
ｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｔｙｐｅ ａｔ ０．０５ ｌｅｖｅｌ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
１０～２０ ｃｍ土层中，裸地的土壤容重最大，比最小的
甜橙林大 １７．４％．甜橙林的土壤容重显著小于其他
几种地类．
土壤孔隙是由不同孔径大小的连续孔隙组合而
成，对土壤结构的形成、土壤水分和养分的保持均起
着很好的保护作用［２０］ ．研究区各土地利用方式的土
壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度均随土层深
度增加而减小．在 ０～１０ ｃｍ土层，毛管孔隙度大小排
序为：甜橙林＞水保林＞梯平地＞缓坡耕地＞裸地，非
毛管孔隙度大小排序为：甜橙林＞梯平地＞水保林＞
裸地＞缓坡耕地，总孔隙度大小排序为：甜橙林＞水
保林＞梯平地＞裸地＞缓坡耕地．在 １０ ～ ２０ ｃｍ 土层，
毛管孔隙度大小排序为：甜橙林＞水保林＞梯平地＞
缓坡耕地＞裸地，非毛管孔隙度大小排序为：甜橙林
＞梯平地＞水保林＞裸地＞缓坡耕地，总孔隙度大小排
序为：甜橙林＞水保林＞梯平地＞缓坡耕地＞裸地．说
明研究区甜橙林改善土壤容重、孔隙度的效果最好，
除缓坡耕地外，不同土地利用方式的土壤孔隙度较
裸地均有不同程度的增大．
２􀆰 ２　 小流域不同土地利用方式对土壤有机质的
影响
土壤有机质是评价土壤质量的重要指标之一，
它不仅能促进土壤团粒结构的形成，改善土壤结构，
还能增强土壤的保肥和供肥能力，提高土壤养分的
有效性［２１］ ．由表 ４可以看出，裸地、梯平地、甜橙林、
水保林 ０～１０ ｃｍ 土层的有机质含量均大于 １０ ～ ２０
ｃｍ土层，分别高 １５．３％、４９．９％、８．８％、１３．８％，而缓
坡耕地 ０～１０ ｃｍ土层的有机质含量比 １０～２０ ｃｍ土
层低 ５．８％．在 ０～ １０ ｃｍ 土层中，缓坡耕地的土壤有
机质含量显著低于其他地类；在 １０ ～ ２０ ｃｍ 土层中，
甜橙林的土壤有机质含量最高，比最小的梯平地高
３４．０％，水保林、缓坡耕地、裸地分别比梯平地高
３２􀆰 ０％、１６．８％、７．６％．说明林地对提高土壤有机质含
量的效果较好．
表 ４　 不同土地利用方式下不同土层的土壤养分含量
Ｔａｂｌｅ ４　 Ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｔｙｐｅｓ （ｍｅａｎ±ＳＤ）
土地利用方式
Ｌａｎｄ ｕｓｅ ｔｙｐｅ
土层
Ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ
（ｃｍ）
有机质
Ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ
（ｇ·ｋｇ－１）
全氮
Ｔｏｔａｌ Ｎ
（ｇ·ｋｇ－１）
全磷
Ｔｏｔａｌ Ｐ
（ｇ·ｋｇ－１）
全钾
Ｔｏｔａｌ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ
（ｇ·ｋｇ－１）
碱解氮
Ａｌｋａｌｉ⁃
ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ Ｎ
（ｍｇ·ｋｇ－１）
有效磷
Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｐ
（ｍｇ·ｋｇ－１）
速效钾
Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｋ
（ｍｇ·ｋｇ－１）
裸地 Ｂａｒｅ ｌａｎｄ ０～１０ １１．２９±２．１７ａｂＡ ０．９０±０．０４ｃＡ ０．４１±０．０２ｂＡ １７．４９±２．７９ａＡ １１６．１７±１８．２４ａｂＡ ３．６３±０．１８ｄＡ １２８．５３±５．００ａＡ
梯平地 Ｌｅｖｅｌｅｄ ｃｒｏｐｌａｎｄ １３．６４±１．９４ａＡ １．１１±０．０８ｂＡ ０．４９±０．０２ｂＡ １８．６０±１．１１ａＡ １０４．９９±３．７７ａｂＡ ５．０２±０．１７ｂＡ １２９．３０±１．３４ａＡ
缓坡耕地 Ｓｌｏｐｅ ｃｒｏｐｌａｎｄ １０．０１±０．２８ｂＡ ０．８８±０．０３ｃＡ ０．４１±０．０３ｂＡ １６．６６±１．３８ａＡ ９９．０３±４．７１ｂＡ ４．２５±０．３８ｃＡ １３１．２１±１０．７１ａＡ
甜橙林 Ｏｒａｎｇｅ ｆｏｒｅｓｔ １３．２６±１．７７ａＡ １．２７±０．０５ａＡ ０．７０±０．１２ａＡ １８．６８±０．４５ａＡ １２２．５６±１５．７８ａＡ ６．０９±０．５１ａＡ １２９．０５±１６．２９ａＡ
水保林 Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｆｏｒｅｓｔ １３．６７±０．５５ａＡ １．３６±０．０７ａＡ ０．６８±０．０５ａＡ １９．７０±１．５６ａＡ １２６．３３±２．９８ａＡ ５．９９±０．２９ａＡ １３６．９６±６．７０ａＡ
裸地 Ｂａｒｅ ｌａｎｄ １０～２０ ９．７９±１．６３ｂＡ ０．８１±０．００ｄＢ ０．３３±０．０２ｄＢ １５．９５±１．６９ｂＡ １００．３１±６．８０ａｂｃＡ ２．８４±０．４８ｃＢ １０２．５６±１２．０３ｂＢ
梯平地 Ｌｅｖｅｌｅｄ ｃｒｏｐｌａｎｄ ９．１０±０．７０ｂＢ ０．９０±０．０５ｃＢ ０．４３±０．０３ｃＢ １７．６１±０．８９ａｂＡ ９３．８１±２．０７ｂｃＢ ４．１３±０．２８ｂＢ １１５．７０±５．１８ａＢ
缓坡耕地 Ｓｌｏｐｅ ｃｒｏｐｌａｎｄ １０．６３±０．９８ａｂＡ ０．７９±０．０２ｄＡ ０．３６±０．０５ｄＡ １６．４７±０．９８ｂＡ ８７．７８±３．１８ｃＢ ３．４１±０．０３ｃＢ １０４．８５±１．９７ａｂＢ
甜橙林 Ｏｒａｎｇｅ ｆｏｒｅｓｔ １２．１９±０．４０ａＡ ０．９７±０．０３ｂＢ ０．６５±０．０１ａＡ １８．８０±０．８１ａＡ １０８．００±１５．１９ａｂＡ ５．３１±０．５７ａＡ ８６．７４±４．０４ｃＢ
水保林 Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｆｏｒｅｓｔ １２．０１±０．５０ａＢ １．２６±０．０３ａＡ ０．５７±０．０３ｂＢ １９．６５±１．２６ａＡ １１２．５６±８．１５ａＡ ５．０１±０．１７ａＢ ９４．８４±５．２１ｂｃＢ
８４４１ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２７卷
２􀆰 ３　 小流域不同土地利用方式对土壤全量养分的
影响
由表 ４可知，不同土地利用方式下 ０ ～ １０ ｃｍ 土
层全氮含量均比 １０～２０ ｃｍ土层高，其中，甜橙林相
差最大，达 ３０．９％，梯平地、缓坡耕地、裸地、水保林
分别相差 ２３．３％、１１．４％、１１．１％、７．９％，可见，相同土
地利用方式不同土层间的全氮含量差异较大．不同
土地利用方式的全氮含量在相同土层的大小规律相
同，依次为水保林＞甜橙林＞梯平地＞裸地＞缓坡耕
地；０～１０ ｃｍ土层，水保林、甜橙林、梯平地、裸地全
氮含量分别比缓坡耕地高 ５４． ６％、４４． ３％、２６． １％、
２􀆰 ３％，在 １０～２０ ｃｍ土层分别比缓坡耕地高 ５９．５％、
２２．８％、１３．９％、２．５％．说明各土地利用方式的土壤全
氮含量均随土层深度增加而减小，且水保林提高土
壤全氮含量的效果最好．
０～１０ ｃｍ 土层的裸地、水保林、梯平地、缓坡耕
地、甜橙林土壤全磷含量比 １０ ～ ２０ ｃｍ 土层分别高
２４．２％、１９．３％、１４．０％、１３．９％、７．７％，裸地差异最大，
甜橙林差异最小，说明相同土地利用方式下不同土
层的全磷含量差异较大．两土层的裸地土壤全磷含
量均最低，甜橙林全磷含量均最高．在 ０ ～ １０ ｃｍ 土
层，甜橙林土壤全磷含量比裸地高 ７０．７％，水保林、
梯平地分别比裸地高 ６５．９％、１９．５％，缓坡耕地与裸
地相同；在 １０～２０ ｃｍ土层，甜橙林土壤全磷含量比
裸地高 ９７．０％，水保林、梯平地、缓坡耕地分别比裸
地高 ７２．７％、３０．３％、９．９％．说明研究区甜橙林提高土
壤全磷含量的效果最好．
０～１０ ｃｍ 土层的裸地、梯平地、缓坡耕地、水保
林土壤全钾含量比 １０ ～ ２０ ｃｍ 土层分别高 ９􀆰 ７％、
５􀆰 ６％、１．２％、０．３％，表层甜橙林的土层全钾含量比
１０～２０ ｃｍ 土层低 ０．６％．表明各土地利用方式对不
同土层全钾含量的影响均不大．
２􀆰 ４　 小流域不同土地利用方式对土壤速效养分的
影响
由表 ４可知，０～ １０ ｃｍ 土层各土地利用方式的
土壤碱解氮含量均比 １０～２０ ｃｍ 土层高，其中，裸地
相差最大，达 １５．８％，甜橙林、水保林、缓坡耕地、梯
平地分别相差 １３．５％、１２．８％、１２．２％、１１．９％，可见，
研究区同一土地利用方式下两土层间碱解氮含量的
差异均超过 １０％．相同土层不同土地利用方式下土
壤碱解氮含量大小规律相同，依次为水保林＞甜橙
林＞裸地＞梯平地＞缓坡耕地．研究区各土地利用方
式土壤碱解氮含量均随土层深度增加而减小，且水
保林提高土壤碱解氮含量的效果最好．
０～１０ ｃｍ土层裸地、缓坡耕地、梯平地、水保林、
甜橙林土层土壤有效磷含量比 １０～ ２０ ｃｍ 土层分别
高 ２７．８％、２１．６％、２４．６％、１４．７％、１９．６％．两土层的裸
地土壤有效磷含量均最低，甜橙林有效磷含量均最
高．在 ０～１０ ｃｍ土层，甜橙林土壤有效磷含量比裸地
高 ６７．８％，水保林、梯平地、缓坡耕地分别比裸地高
６５．０％、３８．２％、１７．１％；在 １０ ～ ２０ ｃｍ 土层，甜橙林土
壤有效磷含量比裸地高 ８７．０％，水保林、梯平地、缓
坡耕地分别比裸地高 ７６．４％、４５．４％、２０．１％．说明研
究区甜橙林更有利于提高土壤有效磷含量．
０～１０ ｃｍ 土层的甜橙林、水保林、裸地、缓坡耕
地、梯平地土壤速效钾含量分别比 １０ ～ ２０ ｃｍ 土层
高 ４８．８％、４４．４％、２５．３％、２５．１％、１１．８％，说明各土地
利用方式对不同土层速效钾含量的影响较大．相同
土层不同土地利用方式土壤速效钾含量差异不
显著．
２􀆰 ５　 小流域不同土地利用方式土壤理化性质的加
权灰色关联分析
从不同土地利用方式的土壤容重、孔隙度、有机
质、全量养分、速效养分含量可以看出，土壤物理与
化学指标的变化趋势与土地利用方式之间的对比相
关性不明显，为了定量评价不同土地利用方式改善
土壤物理性质、提高土壤养分含量的效果，对土壤容
重取倒数进行正相关处理后，选取土壤容重、毛管孔
隙度、总孔隙度、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、
有效磷、速效钾等指标中的最大值作为参考数列，以
不同土地利用方式的土壤容重、孔隙度、有机质、全
量养分、速效养分等指标测定值作为比较数列，进行
无量纲化处理（表 ５），然后采用灰色关联分析法，计
算各土地利用方式的关联系数（ξ ＝ ０．５）及加权关联
度（表 ６）．关联度越大，表示比较数列与参考数列的
变化趋势越接近，即表明该措施对于提高土壤养分
含量、改善土壤质量的效果更好．
利用层次分析法并参照当地情况，确定土壤容
重、毛管孔隙度、总孔隙度、有机质、全氮、全磷、全
钾、碱解氮、速效磷、速效钾 １０ 个影响因子的权重．
根据重要性等级的 ９ 级标度，按容重、毛管孔隙度、
总孔隙度、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效
磷、速效钾顺序，定量确定等级制，构建判断矩阵 Ａ：
９４４１５期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 唐柄哲等： 川中丘陵区土地利用方式对土壤理化性质影响的灰色关联分析　 　 　 　
表 ５　 不同土地利用方式下土壤物理性质和养分含量数据的无量纲化结果
Ｔａｂｌｅ ５　 Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｄａｔａ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｙｅｒｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｎｄ
ｕｓｅ ｔｙｐｅｓ
土层
Ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ
（ｃｍ）
土地利用方式
Ｌａｎｄ ｕｓｅ ｔｙｐｅ
容重
Ｂｕｌｋ
ｄｅｎｓｉｔｙ
毛管孔
隙度
Ｃａｐｉｌｌａｒｙ
ｐｏｒｏｓｉｔｙ
总孔隙度
Ｔｏｔａｌ
ｐｏｒｏｓｉｔｙ
有机质
Ｏｒｇａｎｉｃ
ｍａｔｔｅｒ
全氮
Ｔｏｔａｌ Ｎ
全磷
Ｔｏｔａｌ Ｐ
全钾
Ｔｏｔａｌ
ｐｏｔａｓｓｉｕｍ
碱解氮
Ａｌｋａｌｉ⁃
ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ
Ｎ
有效磷
Ａｖａｉｌａｂｌｅ
Ｐ
速效钾
Ａｖａｉｌａｂｌｅ
Ｋ
０～１０ 裸地 Ｂａｒｅ ｌａｎｄ ０．８９２４ ０．７３８０ ０．７４３４ ０．８２５４ ０．６６０８ ０．５８２０ ０．８８７７ ０．９１９６ ０．５９６３ ０．９３８４
梯平地 Ｌｅｖｅｌｅｄ ｃｒｏｐｌａｎｄ ０．８７９５ ０．８０１４ ０．８１２４ ０．９９７７ ０．８２１４ ０．６９６２ ０．９４４３ ０．８３１１ ０．８２４７ ０．９４４１
缓坡耕地 Ｓｌｏｐｅ ｃｒｏｐｌａｎｄ ０．９０５６ ０．７５２３ ０．７３７８ ０．７３１８ ０．６４５４ ０．５８７１ ０．８４５５ ０．７８３９ ０．６９７７ ０．９５８０
甜橙林 Ｏｒａｎｇｅ ｆｏｒｅｓｔ １．００００ １．００００ １．００００ ０．９７００ ０．９３８３ １．００００ ０．９４８１ ０．９７０２ １．００００ ０．９４２３
水保林 Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｆｏｒｅｓｔ ０．９００４ ０．９２７４ ０．９１７６ １．００００ １．００００ ０．９６２４ １．００００ １．００００ ０．９８４９ １．００００
１０～２０ 裸地 Ｂａｒｅ ｌａｎｄ ０．８５１５ ０．７７５０ ０．７６６９ ０．８０３３ ０．６４１９ ０．５０９０ ０．８１１４ ０．８９１２ ０．５３４６ ０．８８６５
梯平地 Ｌｅｖｅｌｅｄ ｃｒｏｐｌａｎｄ ０．９０１２ ０．８８００ ０．８６２１ ０．７４６８ ０．７１４９ ０．６５２９ ０．８９６０ ０．８３３４ ０．７７７６ １．００００
缓坡耕地 Ｓｌｏｐｅ ｃｒｏｐｌａｎｄ ０．８８１７ ０．８０４２ ０．７７９１ ０．８７２２ ０．６２６１ ０．５５１７ ０．８３８２ ０．７７９８ ０．６４２１ ０．９０６３
甜橙林 Ｏｒａｎｇｅ ｆｏｒｅｓｔ １．００００ １．００００ １．００００ １．００００ ０．７７０２ １．００００ ０．９５６７ ０．９５９５ １．００００ ０．７４９７
水保林 Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｆｏｒｅｓｔ ０．９０９４ ０．９６１５ ０．９４３４ ０．９８５９ １．００００ ０．８８１２ １．００００ １．００００ ０．９４４０ ０．８１９７
表 ６　 不同土地利用方式下土壤物理性质和养分含量指标的关联系数、权重及关联度
Ｔａｂｌｅ ６　 Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ， ｗｅｉｇｈｔ ｖａｌｕｅｓ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｉｎｄｉｃｅｓ ｏｆ ｄｉｆ⁃
ｆｅｒｅｎｔ ｌａｙｅｒｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｔｙｐｅｓ
土层
Ｓｏｉｌ
ｌａｙｅｒ
（ｃｍ）
土地利用方式　 　 　
Ｌａｎｄ ｕｓｅ ｔｙｐｅ　 　 　
容重
Ｂｕｌｋ
ｄｅｎｓｉｔｙ
毛管孔隙度
Ｃａｐｉｌｌａｒｙ
ｐｏｒｏｓｉｔｙ
总孔隙度
Ｔｏｔａｌ
ｐｏｒｏｓｉｔｙ
有机质
Ｏｒｇａｎｉｃ
ｍａｔｔｅｒ
全氮
Ｔｏｔａｌ
Ｎ
全磷
Ｔｏｔａｌ
Ｐ
全钾
Ｔｏｔａｌ
ｐｏｔａｓｓｉｕｍ
碱解氮
Ａｌｋａｌｉ⁃
ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ
Ｎ
有效磷
Ａｖａｉｌａｂｌｅ
Ｐ
速效钾
Ａｖａｉｌａｂｌｅ
Ｋ
关联度
Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ
ｄｅｇｒｅｅ
０～１０ 裸地 Ｂａｒｅ ｌａｎｄ ０．６６０２ ０．４４３７ ０．４４８９ ０．５４４９ ０．３８１２ ０．３３３３ ０．６５０４ ０．７２２２ ０．３４１１ ０．７７２５ ０．５３９７
梯平地 Ｌｅｖｅｌｅｄ ｃｒｏｐｌａｎｄ ０．６３４４ ０．５１２７ ０．５２７０ ０．９８９０ ０．５３９２ ０．４０７６ ０．７８９５ ０．５５３１ ０．５４３９ ０．７８８８ ０．６３００
缓坡耕地 Ｓｌｏｐｅ ｃｒｏｐｌａｎｄ ０．６８８８ ０．４５７６ ０．４４３５ ０．４３８０ ０．３７０８ ０．３３６１ ０．５７５０ ０．４９１６ ０．４０８７ ０．８３２６ ０．４７１４
甜橙林 Ｏｒａｎｇｅ ｆｏｒｅｓｔ １．００００ １．００００ １．００００ ０．８７４５ ０．７７２２ １．００００ ０．８０１０ ０．８７５１ １．００００ ０．７８３６ ０．８８５８
水保林 Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｆｏｒｅｓｔ ０．６７７２ ０．７４２１ ０．７１７１ １．００００ １．００００ ０．８４７６ １．００００ １．００００ ０．９３２４ １．００００ ０．９５４１
１０～２０ 裸地 Ｂａｒｅ ｌａｎｄ ０．６２３１ ０．５２１８ ０．５１３０ ０．５５５２ ０．４０６７ ０．３３３３ ０．５６５５ ０．６９２９ ０．３４５３ ０．６８３７ ０．５３１１
梯平地 Ｌｅｖｅｌｅｄ ｃｒｏｐｌａｎｄ ０．７１３１ ０．６７１７ ０．６４０４ ０．４９２２ ０．４６２７ ０．４１４３ ０．７０２５ ０．５９５７ ０．５２４７ １．００００ ０．５７７３
缓坡耕地 Ｓｌｏｐｅ ｃｒｏｐｌａｎｄ ０．６７４７ ０．５５６４ ０．５２６４ ０．６５７６ ０．３９６４ ０．３５３９ ０．６０２８ ０．５２７２ ０．４０６８ ０．７２３７ ０．５１７５
甜橙林 Ｏｒａｎｇｅ ｆｏｒｅｓｔ １．００００ １．００００ １．００００ １．００００ ０．５１６４ １．００００ ０．８５００ ０．８５８５ １．００００ ０．４９５１ ０．８４０１
水保林 Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｆｏｒｅｓｔ ０．７３０４ ０．８６４５ ０．８１２７ ０．９４５７ １．００００ ０．６７３９ １．００００ １．００００ ０．８１４２ ０．５７６６ ０．８９１９
权重 Ｗｅｉｇｈｔ ０．０１６７ ０．０３８６ ０．０３００ ０．１４６２ ０．１５６７ ０．０８７６ ０．０５２１ ０．２６６９ ０．１２９０ ０．０７６２
　
１ １ ／ ４ １ ／ ４ １ ／ ７ １ ／ ７ １ ／ ５ １ ／ ４ １ ／ ８ １ ／ ５ １ ／ ５
４ １ ２ １ ／ ４ １ ／ ４ １ ／ ３ １ ／ ２ １ ／ ５ １ ／ ４ １ ／ ３
４ １ ／ ２ １ １ ／ ５ １ ／ ５ １ ／ ４ １ ／ ３ １ ／ ６ １ ／ ５ １ ／ ２
７ ４ ５ １ １ ２ ３ １ ／ ２ １ ２
７ ４ ５ １ １ ３ ４ １ ／ ２ １ ２
５ ３ ４ １ ／ ２ １ ／ ３ １ ３ １ ／ ３ １ ／ ２ １
４ ２ ３ １ ／ ３ １ ／ ４ １ ／ ３ １ １ ／ ４ １ ／ ３ １ ／ ２
８ ５ ６ ２ ２ ３ ４ １ ５ ６
５ ４ ５ １ １ ２ ３ １ ／ ５ １ ２
５ ３ ２ １ ／ ２ １ ／ ２ １ ２ １ ／ ６ １ ／ ２ １
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经计算，各影响因子权重分别为：容重 ０．０１６７、
毛管孔隙度 ０． ０３８６、总孔隙度 ０． ０３００、有机质
０􀆰 １４６２、全氮 ０．１５６７、全磷 ０．０８７６、全钾 ０．０５２１、碱解
氮 ０．２６６９、速效磷 ０．１２９０、速效钾 ０．０７６２．
为了检验判断矩阵是否具有满意的一致性，对
矩阵 Ａ 做一致性检验得：λｍａｘ ＝ １０􀆰 ５６， ＣＩ ＝ ０􀆰 ０６２０．
查表 ２ 可知，１０ 阶矩阵 ＲＩ 为 １．４９，则一致性比率
ＣＲ＝ ０．０４１６＜０．１，说明矩阵 Ａ通过一致性检验．
　 　 由表 ６ 可以看出，在 ０ ～ １０ ｃｍ 土层，各土地利
用方式的关联度大小顺序为：水保林（０．９５４１） ＞甜
橙林（０．８８５８）＞梯平地（０．６３００） ＞裸地（０．５３９７） ＞缓
坡耕地（０．４７１４），表明该土层中水保林改善土壤性
质的效果最优．在 １０ ～ ２０ ｃｍ 土层，各土地利用方式
的关联度大小顺序为：水保林 （０． ８９１９） ＞甜橙林
（０􀆰 ８４０１）＞梯平地（０．５７７３）＞裸地（０．５３０１）＞缓坡耕
地（０．５１７５），表明在该土层中，水保林改善土壤性质
的效果最优．
３　 讨　 　 论
由于土壤表层存在枯落物，腐殖化作用使得 ０～
１０ ｃｍ土层有机质含量较高，而被土壤微生物分解
０５４１ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２７卷
进入土壤的有机质有助于形成团粒结构，使土壤结
构得到改善，从而减小上层土壤容重、增大孔隙，同
时，由于有机质分解，释放出氮、磷，使得 ０ ～ １０ ｃｍ
土层的土壤氮、磷含量高于 １０ ～ ２０ ｃｍ 土层．研究区
紫色土的钾素主要继承母岩特性，紫色母岩钾素释
放突出，而植物吸收钾素较少，导致各土壤层次有大
量钾素盈余，使得钾素含量相差不大，造成各土层间
钾素含量差异不明显，这与李天阳等［２１］、蒲玉琳
等［２２］的研究结果类似．
甜橙林和水保林均属于林地类型，林地的枯枝
落叶比较多，有利于保护地面不受雨滴的冲刷，地下
根系发达，穿插在土壤中，因而容重较小；林地凋落
物富含灰分元素，形成的腐殖质大部分呈中性，而腐
殖质和钙是基本的胶结物质，是土壤颗粒的胶结层，
在一定程度上增加了土壤孔隙；林地表面的凋落物
使得每年有大量的有机质随着凋落物归还土壤，土
壤中的各种有机残体和代谢产物不断与土壤矿质部
分发生各种反应，进而影响土壤有机质的构成和含
量［２３－２４］，从而导致有机质含量较高；同时，旺盛的
氮、磷转化使得林地土壤中氮、磷含量较高，而施肥
使得甜橙林土壤具有较高的磷素含量．由于受到人
为的翻耕、施肥、除草等外界干扰，耕地也在一定程
度上增加了土壤孔隙度［２５］；缓坡耕地虽然有肥料投
入，但土壤表层少有残留的枯枝落叶存在，有机质含
量低，且养分很快被作物吸收，加上农业耕作等人为
影响，破坏了土壤结构，导致水土流失严重，造成土
壤有机质及氮、磷、钾养分含量较低；梯平地改变了
微地形，减小耕地坡度，有效地拦截了地表径流泥
沙，减少了土壤养分的流失．
研究区各土地利用方式下的土壤毛管孔隙度、
非毛管孔隙度、总孔隙度、有机质、全氮、全磷、碱解
氮、有效磷、速效钾均随土层加深而减小，而土壤容
重相反，全钾层间差异不大．由于地表枯枝落叶的腐
殖化作用及施肥不同，相同土层下林地（水保林、甜
橙林）土壤容重、土壤孔隙、有机质、全氮、全磷、碱
解氮、有效磷优于耕地（缓坡耕地、梯平地），全钾与
速效钾差异不显著；相较于裸地，林地土壤性质改善
明显，而缓坡耕地土壤全氮、碱解氮及有机质含量反
而有所降低．两土层不同土地利用方式改善土壤物
理性质、提高土壤养分含量的效果排序均为：水保林
＞甜橙林 ＞梯平地＞裸地＞缓坡耕地，说明研究区水
保林改善土壤理化性质的作用最优，缓坡耕地的改
良效果最差．
本文通过不同土地利用方式和不同土层土壤理
化性质的测定，用加权灰色关联模型定量分析了同
一土层不同土地利用方式对土壤理化性质的改善作
用，筛选出最优土地利用方式，进而选择川中丘陵区
改良土壤性质效果最佳的土地利用类型，为后期研
究及土地变更利用提供了理论支撑．
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作者简介　 唐柄哲，男，１９９０年生，硕士研究生． 主要从事土
壤侵蚀与水土保持研究． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｔａｎｇｂｉｎｇｚｈｅ１２１＠ １６３．ｃｏｍ
责任编辑　 杨　 弘
唐柄哲， 何丙辉， 闫建梅． 川中丘陵区土地利用方式对土壤理化性质影响的灰色关联分析． 应用生态学报， ２０１６， ２７（５）：
１４４５－１４５２
Ｔａｎｇ Ｂ⁃Ｚ， Ｈｅ Ｂ⁃Ｈ， Ｙａｎ Ｊ⁃Ｍ． Ｇｒａｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｔｙｐｅ ｏｎ ｓｏｉｌ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅ
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２５４１ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２７卷